Устройство для измерения температуры

 

Использование: для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем. Сущность: устройство для измерения температуры содержит термочувствительный пьезорезонатор, две защитные капсулы, автогенератор, формирователь разностной частоты, опорный автогенератор, мостовую схему, два терморезистора, дифференциальный усилитель постоянного тока, формирователь кода времени счета, формирователь интервала времени счета, схему управления, счетчик и схему индикации. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкостей и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, формирователь разностной частоты, опорный автогенератор, регистратор, дифференциальный усилитель и электрическую мостовую схему, в смежные плечи которой включены два пленочных терморезистора, один из которых размещен на поверхности термочувствительного резонатора, а другой - на наружной поверхности защитной капсулы пьезорезонатора.

Устройство позволяет измерять температуру различных объектов в динамическом режиме с малой инерционностью. Однако введение в частотозадающую цепь схемы опорного автогенератора частотоуправляющего элемента снижает добротность кварцевого резонатора и стабильность выходной частоты, приводит к ухудшению точностных характеристик устройства. При этом, значительно усложняется схема опорного автогенератора, что также снижает надежность его работы и точностные параметры.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, подключенного выходом к первому входу блока формирования разностной частоты, вторым входом подключенного к выходу опорного автогенератора, а также мостовую схему с двумя терморезисторами, включенными в ее смежные плечи, и дифференциальный усилитель постоянного тока, подключенный входом к измерительной диагонали мостовой схемы, введены последовательно соединенные блок управления, счетчик, блок индикации, а также формирователь кода времени счета и программируемый формирователь интервала времени счета.

Вход формирователя кода времени счета подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока. Программируемый формирователь интервала времени подключен группой входов к соответствующим выходам формирователя кода времени счета, а выходом соединен с первым входом блока управления. Второй и третий входы блока управления подключены соответственно к выходу блока формирования разностной частоты и выходу опорного автогенератора, а второй выход соединен со счетным входом программируемого формирователя интервала времени счета.

Терморезисторы размещены в дополнительной защитной капсуле в центре ее полости и на ее внутренней поверхности.

На чертеже представлена электрическая схема устройства для измерения температуры.

Устройство содержит термочувствительный пьезорезонатор 1, помещенный в защитную капсулу 2 и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора 3, подключенного к первому входу блока 4 формирования разностной частоты, второй вход которого соединен с выходом опорного автогенератора 5, мостовую схему 6 с двумя терморезисторами 7 и 8, включенными в ее смежные плечи и размещенными в дополнительной капсуле 9 в центре ее полости и на ее внутренней поверхности, дифференциальный усилитель 10 постоянного тока, входы которого подключены к измерительной диагонали АБ мостовой схемы 6.

Вход формирователя 11 кода времени счета соединен с выходом дифференциального усилителя 10 постоянного тока, а его выходы подключены к входам программируемого формирователя 12 интервала времени счета, выход которого соединен с первым входом блока 13 управления. Второй и третий входы блока 13 управления подключены соответственно к выходу блока 4 формирования разностной частоты и выходу опорного автогенератора 5. Второй выход блока 13 управления соединен со счетным входом программируемого формирователя 12 интервала времени счета.

Выход блока 4 формирования разностной частоты через блок 13 управления соединен со счетным входом счетчика 14 с предварительной установкой начального состояния. Информационные выходы счетчика 14 соединены с входом блока 15 индикации.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

Зависимость выходной частоты блока 4 формирования разностной частоты от температуры среды имеет вид: Т= А_о+А₁ ˙F, где Т - значение температуры среды, в которую помещен термочувствительный пьезорезонатор, ^оС; F - значение выходной частоты блока 4 формирования разностной частоты, Гц; А_о, А₁ - коэффициенты полинома первой степени, которым аппроксимируется температурная зависимость частоты, определяются в процессе индивидуальной градуировки термочувствительного пьезорезонатора.

На входы счетчика 14 с предварительной установкой начального состояния подается код числа, соответствующего коэффициенту А_о. На счетный вход счетчика 14 через блок 13 управления в течение интервала времени счета поступает частота F с выхода блока 4 формирования разностной частоты и счетчик 14 подсчитывает количество периодов этой частоты. На выходе программируемого формирователя 12 интервала времени счета формируется временной интервал, образующийся при подсчете определенного количества периодов частотного сигнала опорного автогенератора 5. Количество периодов определяется кодом, формируемым на выходах формирователя 11 кода времени счета и поступающим на входы установки программируемого формирователя 12. Код времени счета соответствует значению коэффициента А₁.

В результате на информационных выходах счетчика 14 появляется код числа, образующегося при суммировании количества периодов разностной частоты F, поступающих на его счетный вход в течение интервала времени счета, с числом, код которого поступил на установочные входы счетчика 14. С выходов счетчика 14 полученный код поступает в блок 15 индикации, где происходит его преобразование в цифровую форму и индикация полученного значения измеренной температуры на цифровом табло.

В установившемся тепловом режиме температуры контролируемой среды и температура термочувствительного пьезорезонатора 1 равны. Температуры терморезисторов 7 и 8 также равна температуре контролируемой среды, а мостовая схема 6 сбалансирована и управляющее напряжение на выходе дифференциального усилителя 10, поступающее на вход формирователя 11 кода времени счета, устанавливает на его выходах код, соответствующий значению коэффициента А₁.

При скачкообразном изменении температуры контролируемой среды возникает перепад между температурой поверхности защитной капсулы 2 термочувствительного пьезорезонатора 1 и температурой кристалла пьезорезонатора 1. Этот перепад температур приводит к появлению динамической погрешности измерения температуры.

Устранение этой погрешности осуществляется с помощью двух терморезисторов 7 и 8, размещенных в центре полости и на внутренней поверхности дополнительной капсулы 9.

Скачок температуры контролируемой среды вызывает перепад температур между терморезисторами 8 и 7, размещенными внутри дополнительной защитной капсулы 9, которая устанавливается в непосредственной близости от защитной капсулы 2 термочувствительного пьезорезонатора 1.

Перепад температур терморезисторов вызовет разбаланс электрического моста 6, в результате чего на выходе дифференциального усилителя 10 появится управляющее напряжение, поступающее на вход формирователя 11 кода времени счета. Код времени счета изменится на величину, пропорциональную перепаду температур между терморезисторами 7 и 8 и соответственно перепаду температур между поверхностью защитной капсулы 2 и пьезорезонатором 1. При этом изменится интервал времени счета, а на вход счетчика 14 поступит количество периодов частоты F, отличающееся на величину, соответствующую возникшему перепаду температур. На выходах счетчика 14 появится код измеренной температуры с учетом коррекции динамической погрешности. (56) Авторское свидетельство СССР N 1610310, кл. G 01 K 7/32, 1991.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, подключенного выходом к первому входу блока формирования разностной частоты, вторым входом подключенного к выходу опорного автогенератора, а также мостовую схему с двумя терморезисторами, включенными в ее смежные плечи, и дифференциальный усилитель постоянного тока, подключенный входом к измерительной диагонали мостовой схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные блок управления, счетчик и блок индикации, а также формирователь кода времени счета, подключенный входом к выходу дифференциального усилителя постоянного тока, и программируемый формирователь интервала времени счета, покдлюченный группой входов к соответствующим выходам формирователя кода времени счета, а выходом соединенный с первым входом блока управления, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу блока формирования разностной частоты и выходу опорного автогенератора, а второй выход соединен со счетным входом программируемого формирователя интервала времени счета, при этом терморезисторы размещены в дополнительной защитной капсуле в центре ее полости и на ее внутренней поверхности соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1